氮配位单原子催化剂（SAC）将CO₂（CO₂RR）电化学催化还原为CO已成为管理全球碳循环中一种重要的策略。

有鉴于此，澳大利亚新南威尔士大学Rose Amal院士和卢迅宇高级研究员等人，进行了密度泛函理论(DFT)计算，研究了可能的Ni-N_x和Ni-C₄配位在CO₂RR催化中的作用，发现随着Ni-N_x配位数的降低，CO₂RR的自由能变化降低，其中Ni-C₄对CO₂RR的过电位最低。

本文要点

1）进行了密度泛函理论（DFT）计算，以研究可能的Ni-N_x和Ni-C₄配位在CO₂RR催化中的作用。研究发现，随着Ni-N_x配位数的减少，CO₂RR的自由能变化降低，其中Ni–C₄显示出最低的CO₂RR过电位。

2）利用这些发现，开发了一种有效的策略，可以通过去除嵌入空心氮掺杂碳壳（Ni@NCH）中的Ni中的N部分，将Ni–N₄转变为Ni–C₄活性位点。通过这种活性位点的转化，CO的选择性得到了改善，优化的Ni@NCH-1000催化剂能够以高法拉第效率将CO₂转化为CO，FE_CO达到96％，在-1 V（vs RHE）的施加电势下电流密度（j）为35 mA cm^-2。

3）当在高通量气体扩散电解槽中使用时，新开发的超疏水催化剂能够在高电流密度（〜100 mA cm⁻²在3 V）下，在从2.4 V至3 V的广泛施加的电池电压范围内，CO选择性保持> 95％。

总之，该工作对Ni-N-C SAC中活性位点转变的见解和发现对于设计高活性CO₂RR催化剂具有重要的指导意义。

参考文献：

Rahman Daiyan et al. Transforming active sites in nickel–nitrogen–carbon catalysts for efficient electrochemical CO₂ reduction to CO. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105213

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105213